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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 20 do ENEM 2009

1º dia · Ciências da Natureza · Física: Máquinas térmicas e segunda lei da termodinâmica

O esquema mostra um diagrama de bloco de uma estação geradora de eletricidade abastecida por combustível fóssil.

Diagrama esquemático de uma usina termelétrica mostrando a caldeira aquecida por combustível e ar, a liberação de gases de combustão, o vapor movendo a turbina conectada ao gerador de eletricidade, o condensador resfriado por água de um lago e a bomba reconduzindo a água líquida à caldeira.

HINRICHS, R. A.; KLEINBACH, M. Energia e meio ambiente.
São Paulo: Pioneira Thomson Learning, 2003 (adaptado).

Se fosse necessário melhorar o rendimento dessa usina, que forneceria eletricidade para abastecer uma cidade, qual das seguintes ações poderia resultar em alguma economia de energia, sem afetar a capacidade de geração da usina?

  1. A
    Reduzir a quantidade de combustível fornecido à usina para ser queimado.
  2. B
    Reduzir o volume de água do lago que circula no condensador de vapor.
  3. C
    Reduzir o tamanho da bomba usada para devolver a água líquida à caldeira.
  4. D
    Melhorar a capacidade dos dutos com vapor conduzirem calor para o ambiente.
  5. E
    Usar o calor liberado com os gases pela chaminé para mover um outro gerador.
Escolha uma alternativa para conferir o gabarito.
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Resolução comentada

Uma usina termelétrica converte em eletricidade só parte do calor obtido na queima do combustível. O restante é perdido: sai pela chaminé, junto com os gases quentes, e vai para a água do lago, no condensador. Melhorar o rendimento é aproveitar melhor essa energia que hoje é desperdiçada, sem diminuir a potência gerada.

Vamos testar cada ação:

  1. Reduzir o combustível queimado diminui o calor que chega à caldeira. Menos vapor move a turbina, e a capacidade de geração cai.
  2. Reduzir a água que circula no condensador dificulta a condensação do vapor. O ciclo fica prejudicado e a geração também.
  3. Reduzir o tamanho da bomba comprometeria a vazão de água líquida de volta à caldeira, interrompendo o ciclo.
  4. Fazer os dutos de vapor conduzirem mais calor ao ambiente aumenta a perda de energia, o oposto do desejado.
  5. Os gases da chaminé saem quentes, ou seja, levam energia que seria perdida. Usar esse calor para produzir vapor e mover outro gerador gera mais eletricidade com o mesmo combustível. O rendimento aumenta e a geração original é mantida.

Portanto, só a última ação economiza energia sem afetar a capacidade da usina.

Alternativa E.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AMenos combustível significa menos calor na caldeira e menos vapor, reduzindo a geração em vez de aumentar o rendimento.
  • BMenos água no condensador prejudica a condensação do vapor e o funcionamento do ciclo.
  • CUma bomba menor não devolve a água à caldeira na vazão necessária, comprometendo o ciclo.
  • DFacilitar a perda de calor pelos dutos aumenta o desperdício de energia.

Assuntos: Máquinas térmicas e segunda lei da termodinâmica, Fontes de energia e transformações energéticas.

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